Efectul fotoelectric în p-n - tranziție

Când are loc iluminate p-n-tranziție lumină activă electric, capabilă să provoace generarea de purtători de neechilibru la capetele tranziției deschise CEM numit photovoltage. În cazul în care p-n-tranziției inclus într-un circuit închis, atunci acesta va curge un Iph curent. numit fotocurentul primar. Acest efect se numește efect fotovoltaic, iliventilnym efect fotoelectric.

Luați în considerare natura fizică a acestui efect. Fig. 7.13 este prezentat echilibru p-n-joncțiune p-regiune care este iradiat cu flux luminos F I0 intensitate. provocând generația în domeniul perechilor electron-gol. rata de generare este determinată din expresia (6.43)

unde # 945; - coeficientul de reflexie de suprafață,

# 946; - randamentul cuantic.

Electric lumină activă deja absorbit într-un strat subțire, în apropierea suprafeței purtătorilor, care difuzează în semiconductor. Dacă p-n-joncțiunii este situat la o adancime de lp

Fig. 7.13. p-n-tranziție: a - formarea foto-electromotoare; b - diagrama de bandă

Tranziția va curge fotocurentul IPH primar. și sa întâlnit cu un curent de drift termic este. Deoarece există un echilibru dinamic al curenților, luând în considerare (7.38), putem scrie expresia

Deoarece. Expresia (7.87) ia forma

unde # 946; - colectarea unui factor de proporția relativă a transportatorilor, care au ajuns la transferul fără recombinare.

Dacă o astfel includ p-n joncțiune în direcția inversă în circuit care cuprinde sursa de alimentare, fluxul de curent invers în acesta jobr. opus jf (Fig. 7.14, a). Acest mod de operare este numit fotodiodă.

Curentul total prin joncțiunea este egală cu

Ecuația (7.90) se numește fotodioda generală ecuație.

Fig. 7.14. Fotodiodă: A - schema de conexiuni; b - CVC

Din ultima relație care codul CVC iradiat p-n joncțiune (fotodioda) deplasează în jos pe axa ordonatelor proporțională cu intensitatea luminii (Fig. 7.14, b).

În cazul în care p-n joncțiunea este deschisă. valoarea photovoltage poate fi determinată din (7,90); dacă presupunem că j = 0, apoi foto-FME la mers în gol este egal cu

Dacă p-n joncțiunea este scurtcircuitată. apoi la curenți moderate se poate presupune că căderea de tensiune pe joncțiunea este zero. Apoi curentul de scurtcircuit este fotocurentilor JKZ = jf (Fig. 7.14, b)

În caz intermediar, în cazul în care p-n joncțiune este închisă printr-o RL rezistență. curent prin joncțiunea și tensiunea pe fotodioda este determinată de control comun (7,89) sau

Acest mod este p-n-tranziție a fost modul nazvanieventilnogo fotocelulă. El a efectuat în al patrulea cadranul.

În cazul în care fotodiodă p-n-joncțiune funcționează în modul (fig. 7.14, a) și de lucru, punctul nu merge dincolo de a treia cvadrantul, curentul prin joncțiunea poate fi considerat egal cu js + jf. iar tensiunea pe joncțiunea

în cazul în care Iobr - curent invers completă pe jonctiune.

Ecuația (7.89) se obține pentru cazul idealizată. De fapt, structura p-n-tranziție, precum și condițiile de generare și recombinare diferă foarte mult de cele luate în considerare. În particular, radiația își pierde intensitatea cu adâncimea de penetrare într-un semiconductor, iar viteza de generare a purtătoarei cade

unde # 945; - coeficientul de absorbție.

Astfel, grosimea stratului, unde generația este foarte mică (10 ---- -2 1 micron). O contribuție semnificativă este făcută și recombinarea de suprafață a transportatorilor. Apoi, trebuie să alegeți condiții lp <

în cazul în care s - viteza de recombinare de suprafață.

Primul termen din (7.96) descrie curentul întunecat, iar al doilea - fotoelectric, care atinge un maxim când s = 0, adică, în absența recombinare de suprafață. Ceteris paribus trebuie să aibă un coeficient de difuzie Dp maxime și valorile minime lp și s.

Pentru îndepărtarea mai eficientă a transportatorilor de suprafața p-n-joncțiune este formată, astfel încât distribuția neuniformă a impurităților generate atunci când suprafața. Acest lucru duce la crearea câmpului aplicat în acest domeniu.

câmp tranziție eficiență separare generată purtători de sarcină caracterizate trepte egale de fotosensibilizare fotocurent relativă # 916; Iph la chemarea din fluxul său luminos # 916; F

unde # 916; P - incrementul puterii optice.

Dezavantajele de mai sus ale fotodiodei bazate pe p-n-tranziție elimină o p-i-n fotodiode, în care între P- și n-regiuni este i-strat cu conductivitate intrinsecă. Grosimea acestui strat este ales suficient de mare lp >> Lp. în scopul de a absorbi lumina în acest domeniu. I-strat la temperatura normală practic, nu purtători liberi. Și când toată prejudecată aplicată tensiunea de tranziție inversă va scădea la i-strat de mare rezistivitate. Perechi fotogenerați în câmp puternic i-strat va fi separat mai eficient, iar photoresponse acestor diode vor fi mai rapide. Avantajul principal al p-in-fotodiodă este o comutare de mare viteză și un efect cuantic ridicat, deoarece grosimea i-strat permite majoritatea fotonii absorbiți în acest strat.

Pentru a crește fotosensibilitatea celulei fotoelectrice folosesc ca nu de multe ori o fotodiodă și un fototranzistor. în care controlul este efectuat de lumină aplicată regiunii de bază. Un astfel de tranzistor nu este controlată de curentul de bază, dar fluxul luminos. Fotoseisibilitatea fototranzistorului este mai mare decât pentru fotodiodă, deoarece tranzistorul are un câștig # 946; T. Apoi fotoelectric totală a fototranzistor va fi egal

și anume în # 946; +1 fotosensibilitate mai mare a paribus fotodiodă ceteris.

Producția de masă de CCD-uri este realizată Texas Instruments, Sony, Samsung, Kodak companii, si altele. Printre producătorii români pot fi numite RPC "Optronics electronic" SPE "Silar" (București).

Ca un exemplu, producția acestor companii pot provoca CCD ISD-077, în care numărul de elemente este 1040, atunci când dimensiunea celulei de 16x16 mm, cu o suprafață fotosensibilă comună - 16,6 mm 2. La baza sa proiectat malokadrovaya aparat de fotografiat digital SEC1077, destinate pentru înregistrarea imaginii în ultraviolete și intervalele spectrale vizibile folosite în astronomie, medicina, tehnologia AIE.